姓名：呂彬 學號：1613014035
轉載自CSDN博客
【嵌牛導讀】本文是一篇關于深入理解C語言的文章，一方面是緬懷Dennis，另一方面是告訴大家應該如何學好一門語言。
【嵌牛鼻子】Dennis Ritchie過世了，他發明了C語言，一個影響深遠并徹底改變世界的計算機語言。一門經歷40多年的到今天還長盛不訓的語言，今天很多語言都受到C的影響，C++，Java，C#，Perl，PHP，Javascript等等。但是，你對C了解嗎？相信你看過本站的《C語言的謎題》還有《誰說C語言很簡單？》。這里，我再寫一篇關于深入理解C語言的文章，一方面是緬懷Dennis，另一方面是告訴大家應該如何學好一門語言。（順便注明一下，下面的一些例子來源于這個slides）。
【嵌牛提問】
【嵌牛正文】首先，我們先來看下面這個經典的代碼：1.intmain() 2.{ 3.inta=42; 4.printf(“%d\n”,a); 5.} 從這段代碼里你看到了什么問題？我們都知道，這段程序里少了一個#include <stdio.h> 還少了一個return 0;的返回語句。不過，讓我們來深入的學習一下，這段代碼在C++下無法編譯，因為C++需要明確聲明函數這段代碼在C的編譯器下會編譯通過，因為在編譯期，編譯器會生成一個printf的函數定義，并生成.o文件，鏈接時，會找到標準的鏈接庫，所以能編譯通過。但是，你知道這段程序的退出碼嗎？在ANSI-C下，退出碼是一些未定義的垃圾數。但在C89下，退出碼是3，因為其取了printf的返回值。為什么printf函數返回3呢？因為其輸出了’4′, ’2′,’\n’ 三個字符。而在C99下，其會返回0，也就是成功地運行了這段程序。你可以使用gcc的 -std=c89或是-std=c99來編譯上面的程序看結果。另外，我們還要注意main()，在C標準下，如果一個函數不要參數，應該聲明成main(void)，而main()其實相當于main(…)，也就是說其可以有任意多的參數。我們再來看一段代碼：1.#include<stdio.h>2.voidf(void) 3.{ 4.staticinta=3; 5.staticintb; 6.intc; 7.++a;++b;++c; 8.printf("a=%d\n",a); 9.printf("b=%d\n",b); 10.printf("c=%d\n",c); 11.} 12.intmain(void) 13.{ 14.f(); 15.f(); 16.f(); 17.} 18.這個程序會輸出什么？我相信你對a的輸出相當有把握，就分別是4，5，6，因為那個靜態變量。對于c呢，你應該也比較肯定，那是一堆亂數。但是你可能不知道b的輸出會是什么？答案是1，2，3。為什么和c不一樣呢？因為，如果要初始化，每次調用函數里，編譯器都要初始化函數棧空間，這太費性能了。但是c的編譯器會初始化靜態變量為0，因為這只是在啟動程序時的動作。全局變量同樣會被初始化。說到全局變量，你知道 靜態全局變量和一般全局變量的差別嗎？是的，對于static 的全局變量，其對鏈接器不可以見，也就是說，這個變量只能在當前文件中使用。我們再來看一個例子：1.#include<stdio.h>2.voidfoo(void) 3.{ 4.inta; 5.printf("%d\n",a); 6.} 7.voidbar(void) 8.{ 9.inta=42; 10.} 11.intmain(void) 12.{ 13.bar(); 14.foo(); 15.} 你知道這段代碼會輸出什么嗎？A) 一個隨機值，B) 42。A 和 B都對（在“在函數外存取局部變量的一個比喻”文中的最后給過這個例子），不過，你知道為什么嗎？如果你使用一般的編譯，會輸出42，因為我們的編譯器優化了函數的調用棧（重用了之前的棧），為的是更快，這沒有什么副作用。反正你不初始化，他就是隨機值，既然是隨機值，什么都無所謂。但是，如果你的編譯打開了代碼優化的開關，-O，這意味著，foo()函數的代碼會被優化成main()里的一個inline函數，也就是說沒有函數調用，就像宏定義一樣。于是你會看到一個隨機的垃圾數。下面，我們再來看一個示例：1.#include<stdio.h>2.intb(void){printf(“3”);return3;} 3.intc(void){printf(“4”);return4;} 4.intmain(void) 5.{ 6.inta=b()+c(); 7.printf(“%d\n”,a); 8.} 這段程序會輸出什么？，你會說是，3，4，7。但是我想告訴你，這也有可能輸出，4，3，7。為什么呢？ 這是因為，在C/C++中，表達的評估次序是沒有標準定義的。編譯器可以正著來，也可以反著來，所以，不同的編譯器會有不同的輸出。你知道這個特性以后，你就知道這樣的程序是沒有可移植性的。我們再來看看下面的這堆代碼，他們分別輸出什么呢？示例一1.inta=41;a++;printf("%d\n",a); 示例二1.inta=41;a++&printf("%d\n",a); 示例三1.2.inta=41;a++&&printf("%d\n",a); 示例四1.inta=41;if(a++<42)printf("%d\n",a); 示例五1.inta=41;aa=a++;printf("%d\n",a); 只有示例一，示例三，示例四輸出42，而示例二和五的行為則是未定義的。關于這種未定義的東西又叫Sequence Points，因為這會讓編譯器不知道在一個表達式順列上如何存取變量的值。比如a = a++，a + a++，不過，在C中，這樣的情況很少。下面，再看一段代碼：（假設int為4字節，char為1字節）1.structX{inta;charb;intc;}; 2.printf("%d,",sizeof(structX)); 3.structY{inta;charb;intc;chard}; 4.printf("%d\n",sizeof(structY)); 這個代碼會輸出什么?a) 9，10b)12, 12c)12, 16答案是C，我想，你一定知道字節對齊，是向4的倍數對齊。但是，你知道為什么要字節對齊嗎？還是因為性能。因為這些東西都在內存里，如果不對齊的話，我們的編譯器就要向內存一個字節一個字節的取，這樣一來，struct X，就需要取9次，太浪費性能了，而如果我一次取4個字節，那么我三次就搞定了。所以，這是為了性能的原因。但是，為什么struct Y不向12 對齊，卻要向16對齊，因為char d; 被加在了最后，當編譯器計算一個結構體的尺寸時，是邊計算，邊對齊的。也就是說，編譯器先看到了int，很好，4字節，然后是 char，一個字節，而后面的int又不能填上還剩的3個字節，不爽，把char b對齊成4，于是計算到d時，就是13 個字節，于是就是16啦。但是如果換一下d和c的聲明位置，就是12了。另外，再提一下，上述程序的printf中的%d并不好，因為，在64位下，sizeof的size_t是unsigned long，而32位下是 unsigned int，所以，C99引入了一個專門給size_t用的%zu。這點需要注意。在64位平臺下，C/C++ 的編譯需要注意很多事。你可以參看《64位平臺C/C++開發注意事項》。下面，我們再說說編譯器的Warning，請看代碼：1.#include<stdio.h>2.3.intmain(void) 4.5.{ 6.7.inta; 8.9.printf("%d\n",a); 10.11.} 12.考慮下面兩種編譯代碼的方式 ：cc -Wall a.ccc -Wall -O a.c前一種是不會編譯出a未初化的警告信息的，而只有在-O的情況下，再會有未初始化的警告信息。這點就是為什么我們在makefile里的CFLAGS上總是需要-Wall和 -O。最后，我們再來看一個指針問題，你看下面的代碼：1.#include<stdio.h>2.intmain(void) 3.{ 4.inta[5]; 5.printf("%x\n",a); 6.printf("%x\n",a+1); 7.printf("%x\n",&a); 8.printf("%x\n",&a+1); 9.} 假如我們的a的地址是：0Xbfe2e100, 而且是32位機，那么這個程序會輸出什么？第一條printf語句應該沒有問題，就是 bfe2e100第二條printf語句你可能會以為是bfe2e101。那就錯了，a+1，編譯器會編譯成 a+ 1*sizeof(int)，int在32位下是4字節，所以是加4，也就是bfe2e104第三條printf語句可能是你最頭疼的，我們怎么知道a的地址？我不知道嗎？可不就是bfe2e100。那豈不成了a==&a啦？這怎么可能？自己存自己的？也許很多人會覺得指針和數組是一回事，那么你就錯了。如果是 int *a，那么沒有問題，a == &a。但是這是數組啊a[]，所以&a其實是被編譯成了 &a[0]。第四條printf語句就很自然了，就是bfe2e114。看過這么多，你可能會覺得C語言設計得真拉淡啊。不過我要告訴下面幾點Dennis當初設計C語言的初衷：1）相信程序員，不阻止程序員做他們想做的事。2）保持語言的簡潔，以及概念上的簡單。3）保證性能，就算犧牲移植性。今天很多語言進化得很高級了，語法也越來越復雜和強大，但是C語言依然光芒四射，Dennis離世了，但是C語言的這些設計思路將永遠不朽。
